基于mcgs的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

PAGE14PAGE21西南科技大學(xué)專業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：自動(dòng)化專業(yè)方向設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱：基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方向設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生班級(jí)：自動(dòng)10XX班學(xué)生姓名：趙XX學(xué)號(hào)：2010XXXX設(shè)計(jì)名稱：基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)起止日期：2013.10.20——2013.11.15指導(dǎo)教師：王順利設(shè)計(jì)要求：（指導(dǎo)教師給出的具體設(shè)計(jì)要求）采用北京昆侖公司的MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器使PC機(jī)與選定下位機(jī)（PLC）進(jìn)行通信。能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、工藝過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、趨勢(shì)曲線等功能。分析相關(guān)控制參數(shù)并設(shè)置的整個(gè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)；針對(duì)具體的相關(guān)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)相關(guān)器件進(jìn)行選型，要求測(cè)溫范圍為0-100℃，選擇合適類型的檢測(cè)元件；根據(jù)要求繪制系統(tǒng)控制流程圖。程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐溫度控制并進(jìn)行模擬顯示，有效考慮反饋調(diào)節(jié)。課程設(shè)計(jì)論文應(yīng)完成的工作論文摘要，中英文均要求。關(guān)鍵詞（3—5個(gè)），中英文關(guān)鍵詞。前言、方案論證及方案選擇、系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)?zāi)M分析、調(diào)試及結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)方向設(shè)計(jì)學(xué)生日志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容2013.10.20—2013.10.25查閱MCGS相關(guān)資料，了解MCGS基本操作及如何與PLC通信2013.10.25—2013.10.27對(duì)PLC、MCGS、傳感器、可控硅執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析2013.10.27—2013.10.29進(jìn)行系統(tǒng)硬件連接2013.10.29—2013.11.02測(cè)試傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否正常，有無(wú)偏差2013.11.02—2013.11.04編寫程序2013.11.04—2013.11.06整定參數(shù)2013.11.06—2013.11.08整理資料，編寫設(shè)計(jì)報(bào)告基于MCGS的鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中主要的供熱設(shè)備。電力、機(jī)械、冶金、化工、民用都需要鍋爐提供熱量，但是根據(jù)行業(yè)的不同，對(duì)鍋爐的大小規(guī)模不盡相同。作為重要的工業(yè)設(shè)備，在保證其安全和穩(wěn)定運(yùn)行的情況下則應(yīng)考慮其自動(dòng)生產(chǎn)，提高自動(dòng)運(yùn)行能力及工作效率。本設(shè)計(jì)基于AE2000B實(shí)驗(yàn)設(shè)備上模擬現(xiàn)場(chǎng)鍋爐溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)西門子S7-200PLC作為控制器，MCGS作為上位機(jī)，通過(guò)通信鏈接對(duì)鍋爐溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)設(shè)計(jì)系列聯(lián)鎖，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。關(guān)鍵詞:鍋爐溫度AE2000BPLCMCGSBasedontheMCGSboilertemperaturecontrolsystemdesignAbstract：Theboileristhemainheatingequipmentintheindustrialmanufacture.Theelectricpower,themachinery,themetallurgicalindustry,thechemicalindustryandthecivilallneedtheheattheboileroffers.However,accordingtodifferentindustries,Thesizeoftheboilervariesfromonetoanother.Asanimportantindustrialequipment,ifwecouldensureitssafeandstableoperation,weshouldconsideritsautomaticproductionandimprovetheautomaticabilityanditsworkingefficiency.ThisdesignisbasedonAE2000BexperimentaldevicetosimulatethespotboilertemperaturecontrolsystembyusingtheSiemensS7-200PLCasthecontrollerandtheMCGSasuppermachine.Meanwhile,thecommunicationlinkwillsupervisetheboilertemperaturetimelyandtheinterlockingserieswillguaranteethesafeoperationofthesystem.Keywords:boilertemperatureAE2000BPLCMCGS1設(shè)計(jì)目的和意義鍋爐生產(chǎn)在國(guó)民是工業(yè)中占據(jù)著重要的地位，早期的鍋爐自動(dòng)化程度很低，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致系統(tǒng)故障不斷，但是鍋爐因?yàn)檫m合各種行業(yè)仍然被廣泛使用，鍋爐的廣泛使用使鍋爐現(xiàn)代化成為必然。鍋爐現(xiàn)代化的管理不但需要安全、高度自動(dòng)化的控制方案，還需要考慮高效、節(jié)能、環(huán)保等方面的因素。所以對(duì)于鍋爐的自動(dòng)運(yùn)行這一方面還需要我們做控制的人不斷的研究和探索，力爭(zhēng)將鍋爐實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)達(dá)到安全、高效的高度。本設(shè)計(jì)通過(guò)用PLC作為控制器，PID算法作為靈魂，對(duì)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)使鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢修維護(hù)方便快捷、可靠性提高，同時(shí)增強(qiáng)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，使鍋爐控制系統(tǒng)的先進(jìn)性整體提升。2控制要求采用北京昆侖公司的MCGS工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器使PC機(jī)與選定下位機(jī)（PLC）進(jìn)行通信。能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、工藝過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、趨勢(shì)曲線等功能。分析相關(guān)控制參數(shù)并設(shè)置的整個(gè)控制系統(tǒng)。3設(shè)計(jì)方案論證3.1鍋爐部分分析構(gòu)成鍋爐的溫度控制方法有很多種，但基本都是基于鍋爐的給熱量和散熱量平衡的關(guān)系來(lái)確定的，當(dāng)給熱量和散熱量平衡時(shí)爐溫保持在給定的范圍內(nèi)。當(dāng)某種因素出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)，從溫度傳感器采集的實(shí)際溫度與給定溫度進(jìn)行比較，得到兩者的差值，即偏差。控制器根據(jù)實(shí)際偏差值的具體情況按照指定規(guī)律發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，控制被控量的大小，使溫度恢復(fù)到給定值的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。根據(jù)不同類型的鍋爐以及現(xiàn)場(chǎng)的具體情況有不同的控制方法。從用途就可分為生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、電站鍋爐。生活鍋爐主要是在低壓情況下運(yùn)行，為日常生活提供熱水，亦可稱為熱水鍋爐，本設(shè)計(jì)即為此類鍋爐的縮影；工業(yè)鍋爐基本在高壓下進(jìn)行生產(chǎn)，其需要提供大量熱量；電站鍋爐主要是將水加熱到高溫高壓的蒸汽狀態(tài)，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，進(jìn)行發(fā)電，亦可成為蒸汽鍋爐。另一方面主要從燃料的角度區(qū)分鍋爐，主要有燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電加熱鍋爐等?；谌济?、燃油、燃?xì)獾娜愬仩t均需要空氣做助燃劑，當(dāng)燃料與空氣的比值適合時(shí)才能發(fā)揮最大的能效，因此此類控制系統(tǒng)必然會(huì)用到比值控制等復(fù)雜算法，同時(shí)燃燒的過(guò)程復(fù)雜、干擾多，還需要對(duì)煙氣含氧量、爐膛火焰等情況進(jìn)行監(jiān)控，故而此類燃燒方式的鍋爐大多需要復(fù)雜、精確地設(shè)計(jì)、調(diào)試驗(yàn)證及試運(yùn)行后才能投入到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中；電加熱鍋爐因?yàn)槠涮峁┠芰糠绞絾我唬{(diào)節(jié)加熱器的電流或者電壓大小即可對(duì)爐溫進(jìn)行控制，同時(shí)延遲不大，能源使用率較高等因素被受親睞，但是其能提供的能量較少因此使用的規(guī)模不大。表1不同燃料的鍋爐性能分析燃煤鍋爐燃?xì)忮仩t燃油鍋爐電加熱鍋爐鍋爐效率80%以下90%85%100%助燃劑空氣空氣空氣無(wú)備注技術(shù)成熟、首次投資小、煙氣污染大但是提供能量多，適合電廠蒸汽鍋爐等規(guī)模較大場(chǎng)合技術(shù)成熟、天然氣需要儲(chǔ)罐或者管道運(yùn)輸、燃料成本高技術(shù)成熟、重油需儲(chǔ)罐、煙氣需要脫硫、燃料成本高供熱較小、無(wú)污染、適合小規(guī)模場(chǎng)合使用基于實(shí)際條件及控制要求，本設(shè)計(jì)選擇在AE2000B型實(shí)驗(yàn)裝置下的電加熱型熱水鍋爐作為對(duì)象。AE2000B型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置是浙大中控根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，吸取了國(guó)外同類實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長(zhǎng)處，并與目前大型工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)緊密聯(lián)系，采用了工業(yè)上廣泛使用并處于領(lǐng)先的AI智能儀表加組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、DCS(分布式集散控制系統(tǒng))，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證，推出的一套基于本科，著重于研究生教學(xué)、學(xué)科基地建設(shè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。AE2000型過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)及被控信號(hào)均采用ICE標(biāo)準(zhǔn)，即電壓1～5V、電流4～20mA。3.2控制器分析由于實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，干擾較多，因此在控制器方面因選擇抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定的控制器，綜合單片機(jī)、PLC等控制器的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200型PLC作為控制器。常用的西門子S7-200系列的PLC有224或226，本次設(shè)計(jì)選用224作為控制器。西門子S7-200系列PLC作為西門子推出的小型PLC，擁有體積小、通訊開放、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器較大、集成的RS485接口、擴(kuò)展性良好、指令功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。表2控制器選型分析單片機(jī)PLC價(jià)格便宜貴功能隨意開發(fā)部分受限穩(wěn)定性相對(duì)較差好其他學(xué)習(xí)相對(duì)復(fù)雜、抗干擾能力弱、造價(jià)低學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單、工程造價(jià)高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠3.3組態(tài)軟件分析組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。是指用戶通過(guò)類似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。目前常用的組態(tài)軟件有西門子的WINCC、北京昆侖的MCGS、亞控的組態(tài)王、北京三維的力控，國(guó)外的組態(tài)軟件大多只針對(duì)自己的PLC，而國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件基本能與幾大主流的PLC進(jìn)行配合使用。表3主要組態(tài)軟件情況對(duì)比WINCCMCGS組態(tài)王力控所屬公司西門子北京昆侖亞控科技北京三維屬性國(guó)際產(chǎn)品國(guó)內(nèi)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)產(chǎn)品國(guó)內(nèi)產(chǎn)品知名度較早出現(xiàn)國(guó)內(nèi)組態(tài)第二品牌國(guó)內(nèi)最早，裝機(jī)量最多的組態(tài)軟件近幾年發(fā)展的產(chǎn)品兼容性支持西門子產(chǎn)品兼容性強(qiáng)兼容性強(qiáng)兼容性強(qiáng)其他軟件加密不夠嚴(yán)密，國(guó)內(nèi)盜版多基于VB開發(fā)、效率較低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差國(guó)外組態(tài)軟件的替代品，多用于需求較大場(chǎng)合系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定、驅(qū)動(dòng)比較完善、推廣和售后都較好本設(shè)計(jì)選擇北京昆侖的組態(tài)軟件MCGS作為上位機(jī)，MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理,以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案,在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。4系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用西門子S7-200型PLC作為控制器，北京昆侖的組態(tài)軟件MCGS作為上位機(jī)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，使用可控硅調(diào)節(jié)加熱器兩端電壓等系列方法控制加熱效果，達(dá)到控制的所需要的工藝要求。目的在于設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠了解S7-200PLC是如何被運(yùn)用于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的，解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾多、情況復(fù)雜等情況下大多數(shù)控制器不穩(wěn)定的問(wèn)題。通過(guò)在上位機(jī)上動(dòng)手操作和觀察，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控鍋爐內(nèi)水溫的具體情況，并得到完整的爐溫實(shí)時(shí)曲線。同時(shí)監(jiān)控工藝運(yùn)行時(shí)是否正常，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。4.1工藝分析所選被控對(duì)象是常見的電加熱鍋爐，通過(guò)電加熱棒與待加熱液體直接進(jìn)行熱傳遞，將一定量的液體加熱到工藝要求的溫度。圖1鍋爐加熱系統(tǒng)流程圖待加熱液體由丹麥泵直接抽到鍋爐中，同時(shí)輸送管道上面有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，鍋爐內(nèi)部也有液位傳感器，傳感器與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥形成閉環(huán)控制回路，保證鍋爐內(nèi)部液體穩(wěn)定，同時(shí)在程序內(nèi)設(shè)定液位上下限，保證鍋爐內(nèi)運(yùn)行安全。在鍋爐內(nèi)有電加熱棒并通過(guò)單相SCR可控調(diào)壓裝置控制其輸出電壓，同時(shí)鍋爐內(nèi)有溫度檢測(cè)裝置，兩者與控制器PLC構(gòu)成閉環(huán)控制回路，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。在本設(shè)計(jì)中要求控制鍋爐溫度，故而對(duì)于液位部分只檢測(cè)鍋爐內(nèi)有無(wú)液體，將此液位作為參考值，在安全控制方面作為液位上、下限的報(bào)警值。4.2硬件選型本設(shè)計(jì)主要選擇控制器、加熱裝置、溫度檢測(cè)裝置、上位機(jī)選型等?？刂破鬟x擇西門子S7-200系列PLC，型號(hào)為224；加熱裝置為電加熱棒，可控硅調(diào)節(jié)其端電壓，調(diào)壓范圍為0—220V；溫度檢測(cè)裝置選擇鉑熱電阻PT100，其溫度測(cè)量范圍為0—100℃。4.3硬件連接及I/O分配鍋爐溫度控制系統(tǒng)主要有溫度傳感器、變送器、控制器PLC、帶MCGS的PC機(jī)作為上位機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)可控硅調(diào)壓電路等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖2。圖2鍋爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)上裝有MCGS可作為上位機(jī)，同時(shí)計(jì)算機(jī)通過(guò)PC/PPI電纜通過(guò)RS485通信與PLC進(jìn)行通訊，西門子S7-200PLC與模擬量模塊EM235安裝在同一導(dǎo)軌上，PLC的CPU模塊224有24個(gè)I/O接口，其中有14個(gè)輸入端、10個(gè)輸出端，輸入端口外接開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕，輸出端口外接工作指示燈、報(bào)警指示燈、正在加熱指示燈，模擬量模塊EM235有4路模擬量輸入端口、1路模擬量輸出端口，其中模擬量輸入端口根據(jù)外接電路的接法不同可以分為1—5V電壓型和4—20mA電流型，模擬量輸出端可選擇V或者I來(lái)確定需要電流輸出還是電壓輸出。本設(shè)計(jì)選擇3路數(shù)字量輸入、2路數(shù)字量輸出、1路模擬量標(biāo)準(zhǔn)電流輸入、1路數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，其具體分配情況見表4。表4PLC硬件連接情況及I/O分配名稱類型地址備注開始按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.0停止按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.1常閉急停按鈕數(shù)字量（BOOL）I0.2常閉工作指示數(shù)字量（BOOL）M0.0/Q0.0中間繼電器/輸出繼電器報(bào)警指示數(shù)字量（BOOL）M1.0/Q0.1中間繼電器/輸出繼電器加熱指示數(shù)字量（BOOL）M1.1/Q0.2中間繼電器/輸出繼電器溫度采集模擬量（4—20mA）AIW0電流接法可控硅輸出模擬量（4—20mA）AQW0電流接法溫度實(shí)時(shí)值VD14比例參數(shù)設(shè)定VD132積分參數(shù)設(shè)定VD140微分參數(shù)設(shè)定VD144溫度設(shè)定值VD250可控硅端電壓VD320硬件連線主要有溫度變送器的接線與PLC的接線、可控硅與PLC的接線。溫度變送器PT100與PLC的接線如圖3。圖3溫度變送器與PLC連接可控硅與電加熱棒構(gòu)成一個(gè)電壓可調(diào)的模塊，通過(guò)調(diào)節(jié)給到電熱棒兩端的電壓大小來(lái)改變電加熱棒對(duì)鍋爐內(nèi)液體供熱的大小，從而達(dá)到加熱的目的，單相SCR可調(diào)壓裝置與PLC的接線如圖4。圖4單相SCR可調(diào)壓裝置與PLC接線圖4.4輸入、輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換由于采集的數(shù)據(jù)都為工程中的實(shí)際數(shù)據(jù)，單位、幅值和范圍也不同，必須將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式才能被控制器PLC接受執(zhí)行。轉(zhuǎn)換的第一步是將給定值或A/D轉(zhuǎn)換后得到整數(shù)值由16位轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)換后的下一步是將實(shí)數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)，鍋爐溫度測(cè)量范圍是0～100℃，模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是4-20mA，A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為6400-32000，設(shè)T為轉(zhuǎn)換后的溫度值，則其轉(zhuǎn)換公式如下：(1)對(duì)于輸出信號(hào)亦是同樣的設(shè)計(jì)公式，設(shè)U為輸出電壓，其轉(zhuǎn)換公式如下：(2)4.5系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)鍋爐溫度的閉環(huán)控制回路，其具體框圖如圖5。圖5鍋爐溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖4.6控制對(duì)象模型本設(shè)計(jì)的鍋爐水溫控制系統(tǒng)科理解為一介滯后系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：（3）5設(shè)計(jì)結(jié)果及分析5.1水箱水位檢測(cè)水箱實(shí)際溫度的檢測(cè)是要把測(cè)得的溫度量轉(zhuǎn)化為0.0到1.0之間的數(shù)以便于PLC能夠識(shí)別。因?yàn)镻ID只能針對(duì)浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，因此要先把溫度變送器輸出的值轉(zhuǎn)換成16位的整型存儲(chǔ)在累加寄存器AC0中，再將AC0中的值轉(zhuǎn)化為32位的雙整型繼續(xù)存放于AC0中，接著把AC0中的數(shù)由雙整型轉(zhuǎn)化為實(shí)型，仍然存放到AC0中。鑒于實(shí)型數(shù)的小數(shù)點(diǎn)有6位，所以其相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較精確的。接下來(lái)就要把實(shí)數(shù)再轉(zhuǎn)化成PLC能夠識(shí)別的0.0~1.0之間數(shù)。其具體程序見附錄。5.2輸出到可控硅電壓經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后從AQW0輸出的信號(hào)為6400—32000的標(biāo)準(zhǔn)值，可以直接加到可控硅模塊控制電壓大小，但是我們亦需要將其轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別的電壓大小，其具體程序見附錄。5.3PID算法在S7-200PLC中的實(shí)現(xiàn)S7-200的編程軟件Micro/WIN提供了PID指令向?qū)?，PID控制程序可以通過(guò)指令向?qū)ё詣?dòng)生成，但是PID指令也能夠被程序自動(dòng)調(diào)用。首先選擇運(yùn)用PID算法的回路，本系統(tǒng)就一個(gè)回路，故選擇回路0，如圖6所示。圖6回路選擇第二步選擇好回路后設(shè)定回路的參數(shù)，由于本設(shè)計(jì)采用水作為加熱液體，而選擇的PT100也是0—100℃的測(cè)溫，因此給定范圍的低限和高限分別為0和100，回路的參數(shù)暫時(shí)先不設(shè)定，如圖7所示。圖7給定值范圍的設(shè)定第三步設(shè)置回路輸入輸出項(xiàng)，輸入和輸出量都是單級(jí)性的模擬量，全部選擇“使用20%偏移量”，因?yàn)镾7-200的單極性模擬量輸入輸出信號(hào)的數(shù)值范圍是6400—32000，所以輸入項(xiàng)的量程為6400—32000。如圖8所示。圖8回路輸入輸出參數(shù)性質(zhì)配置界面5.3報(bào)警及系列連鎖程序程序除了溫度采集、電壓大小轉(zhuǎn)換、PID程序以外還需要設(shè)計(jì)報(bào)警程序以及程序連鎖等系列附加程序，保證設(shè)備安全運(yùn)行。添加的附加程序有：超溫報(bào)警、超絕對(duì)高溫停機(jī)保護(hù)、無(wú)水不加熱程序等。這類程序雖然在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)動(dòng)作，但是在各類突發(fā)情況出現(xiàn)時(shí)能直接處理或者安全停機(jī)，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。這些功能的具體程序見附錄。5.4控制系統(tǒng)仿真及參數(shù)整定在PID參數(shù)整定中，工程整定法因其固有的優(yōu)點(diǎn)而受到廣大工程技術(shù)人員的歡迎。同時(shí)工程整定法中的穩(wěn)定邊界法由于簡(jiǎn)單易行而仍在廣泛的使用，但是穩(wěn)態(tài)邊界法在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)中還是有其固有的弱點(diǎn)，如在做實(shí)驗(yàn)時(shí)必須把控制系統(tǒng)調(diào)到等幅震蕩，這樣就可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)設(shè)備受到損壞。此時(shí)，我們就想到利用軟件仿真的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的整定，而MATLAB／Simulink就給我們提供了一個(gè)良好的軟件平臺(tái)。下面我們?cè)贛ATLAB／Simulink仿真環(huán)境下整定水箱溫度PID控制參數(shù)。常規(guī)的PID參數(shù)整定根據(jù)PID控制模型，利用SIMULINK靈活的非線性設(shè)計(jì)功能，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)對(duì)象分析及建模分析，綜合實(shí)際情況可建立SIMULINK模型如圖9所示：圖9PID控制的SIMULINK模型根據(jù)傳遞函數(shù)的各項(xiàng)系數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)PID的各個(gè)參數(shù)，得到不同數(shù)組下的曲線并對(duì)比分析。當(dāng)Kp=100、KI=0.01、KD=50的時(shí)候運(yùn)行SIMULINK模型，得到仿真曲線圖如圖10所示，得到理想的PID運(yùn)行曲線。圖10Kp=100、KI=0.01、KD=50時(shí)的仿真曲線圖從圖11可以看出系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)有比較小穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量為8.2%，在暫態(tài)時(shí)最大超調(diào)量比較大，曲線也比較陡峭，這么長(zhǎng)的調(diào)整時(shí)間要求非常高的控制系統(tǒng)，所以還必須進(jìn)一步調(diào)整控制參數(shù)，以使得系統(tǒng)工作在最佳的控制狀態(tài)，通過(guò)多次試驗(yàn)，當(dāng)Kp=50、KI=0.01、KD=50時(shí)得到最佳的控制效果如圖11所示。圖11Kp=50、KI=0.01、KD=50時(shí)的仿真曲線圖在不改變參數(shù)的情況下，給系統(tǒng)加一個(gè)干擾，如圖12所示：圖12PID加擾動(dòng)的SIMULINK模型運(yùn)行SIMULINK模型得到相應(yīng)的仿真曲線如圖13所示：圖13PID加擾動(dòng)的仿真曲線根據(jù)圖常規(guī)PID的抗干擾性測(cè)試看出，本次試驗(yàn)得到的參數(shù)還是比較理想的。經(jīng)過(guò)常規(guī)PID的抗干擾測(cè)試，可以看出系統(tǒng)的響應(yīng)曲線基本沒有太大波動(dòng)。5.4上位機(jī)界面及監(jiān)控設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用MCGS作為上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)對(duì)PLC及運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，監(jiān)視工藝流程及各類參數(shù)，同時(shí)可通過(guò)上位機(jī)可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行操作，上位機(jī)具體界面如圖14。圖14組態(tài)界面6結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次方向設(shè)計(jì)，我有了很大的收獲。首先感謝指導(dǎo)老師王順利老師，他的悉心指導(dǎo)才使我做方向設(shè)計(jì)步步深入，同時(shí)感謝大學(xué)以來(lái)所有給我上課的老師，他們傳授的知識(shí)讓我大學(xué)有了很大的收獲；第二：以前學(xué)習(xí)的很多理論知識(shí)很多已經(jīng)忘記，這次設(shè)計(jì)使得我必須重新翻書查閱以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，這是對(duì)以前知識(shí)的鞏固；第三：明白了學(xué)習(xí)不能光動(dòng)腦不動(dòng)手，有很都看似已經(jīng)弄懂了的知識(shí)在實(shí)際中完全不知怎么用，所以只有實(shí)踐才能發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題，才能把知識(shí)掌握得更加牢固，同時(shí)還能提高自己的動(dòng)手能力，才能發(fā)現(xiàn)書本上的知識(shí)與實(shí)際運(yùn)用是有很大的差距的。第四：要學(xué)會(huì)與他人交流，有交流就會(huì)有進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1]畢效輝，自動(dòng)控制理論[M]，北京，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2012.1[2]薛定宇，控制系統(tǒng)極端及輔助設(shè)計(jì)[M]，北京，清華大學(xué)出版社，2006.3[3]方康玲，過(guò)程控制系統(tǒng)[M]，武漢，武漢理工大學(xué)出版社，2009.3[4]邵裕森，過(guò)程控制工程[M]，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2013.1[5]陳建明，電氣控制與PLC應(yīng)用[M]，北京，電子工業(yè)出版社，2010.1[6]柴瑞娟，西門子PLC高級(jí)培訓(xùn)教程[M]，北京，人民郵電出版社，2009.3[7]西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)，深入淺出西門子S7-200PLC[M]，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2003[8]S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[Z][9]楊靖，基于PID算法的S7-200PLC鍋爐水溫控制系統(tǒng)[J]，機(jī)床電器，2010(6),34-35[10]MCGS用戶指南[Z]附錄1、主程序2、電壓轉(zhuǎn)換子程序3、溫度采集子程序基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用\